1839年，迈克尔·法拉第 (Michael Faraday) 证明，当电池供电时，缠绕在金属环一侧的金属丝会让另一侧的金属丝产生感应电流。这种能量的无线传输——就像变魔术一样——从连接到第二个线圈的电流计(一种用来测量电流的设备)读数的突然增高中，可以被明显地看到。

图解：法拉第的装置

法拉第演示无线能量传输的装置。

在这个证明之前，汉斯·克里斯蒂安·奥斯特(Hans Christian Oersted)已经证明了变化的电场会产生磁场，现在法拉第(Faraday)证明了反之亦然:变化的磁场会产生电场。变化是这里的关键词:法拉第必须不停地连接和断开第一个线圈的电池，才能在第二个线圈中产生恒定电流。如果磁场在导线周围没有变化或波动，就不会有电场产生，因此也就不会有电流。

法拉第电磁感应定律的公式表达为:

图解：法拉第电磁感应定律

根据公式, 在线圈中产生感应电动势ε是由于磁通量的变化率(Δφ/Δt) ，即遍及地区“A”的磁场“B”的变化率。感应电动势也是线圈的圈数或匝数“N”产生的效果，原因很简单，匝数的个数决定了磁场穿过电路的次数。然而，负号代表的是什么呢?

负号象征着物理学家海因里希·伦茨（Heinrich Lenz）提出的楞次定律，根据该定律，感应电流的方向是这样的，即该电流产生的磁场与它赖以存在的磁通量的变化是抵抗的。或者，正如D.J.格里菲思 (D.J. Griffiths)简单总结的那样:大自然厌恶变化中的变化。然而，为什么是这样的呢?

为什么楞次定律是正确的

自然并不厌恶或赞同变化中的变化，该意义是深远的。否则的话，我们就可以造出永动机，这种机器可以在没有能量来源的情况下永久或无限期地工作，也就是产生无限的、无条件的能量……永不停息

图解：永动机的一个例子。

当然，永动机是不可能造出来的，因为能量的产生是有条件的。它们的行为违反了宇宙的一条基本定律——能量守恒定律。正如物理学教科书一直所言，能源既不能被创造，也不能被毁灭。它只能从一种形式转换到另一种形式，也就是说，一个系统不能创造能量，而只能从一个能源中提取一些能量，而这个能源又是从另一个能源中提取的能量，以此类推。

线圈中感应电能的来源是一个不断变化的磁场，它是由一个移动的磁铁产生的，这个磁铁由人或机器移动，而人又从食物中、机器从燃料中获取能量来移动磁铁，以此类推。一旦资源耗尽，不再有变化的磁场产生，在系统中产生能量或在线圈中产生电流在物理学上是不可能发生的。

然而，如果感应电流产生的磁场不抵制磁通的变化，而是通过贡献磁能来支持磁通的进一步变化，电流就会进一步增多，而不需要线圈从外部的能源中提取更多的能量。这是一顿免费的午餐!

图解：楞次定律

伦茨定律的可视化表现。(图片来源: Physics LibreTexts)

事实上，电流有复合作用: 这个增加的电流会产生它自己的磁能，这部分磁能也会产生变化的磁场，从而产生一个更大些的电流，又产生一个更大些的磁场，以此往复，直到产生无限的电流。然后，你就可以用一台发电机随意地摇动它周围最小的磁铁，来给宇宙中的每一个设备供电。

这相当于说，一个只是向前推进而不逐渐停止的球，会加速得越来越快，最终达到无穷大的速度，因为它所经历的摩擦不会阻碍它的运动，反而帮它驱动!负号仅仅表示能量的转换服从能量守恒定律。如果一个系统仅仅用它所产生的能量就可以产生更多的能量，那为什么这行不通：

图解：延伸接线板

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. sciabc

乔治亚州立大学

艾萨克物理

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